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1、12mm板厚Q345真空电子束焊接工艺一、母材技术状况1、母材的选择：母材选用尺寸为300mm X 100mmX 12mm的Q345试件二块。其 交货状态为热轧。2、Q345是一种低合金高强度结构钢。Q代表的是这种材质的屈服强度，后面 的 345，就是指这种材质的屈服值，在 345MPa 左右。广泛应用于建筑，桥梁、 车辆、船舶、压力容器等。 Q345 综合力学性能良好，低温性能尚可，塑性和焊 接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承 受动载荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用， 可用于-40C以下寒冷地区的各种结构。Q345化学成分见
2、表1所示。表 1 Q345 化学成分 w(%)钢号 化学成分w (%)Q345CMnSiSPVNbTi0.201.00 1.600.550.0400.0400.02 0.150.01 0.0600.02 0.20二、焊前准备1、试件材料： Q3452、试件尺寸： 300mmX100 mmX12mm3、焊接位置：平焊4、结合面的加工与清理电子束焊接头金属紧密配合无坡口对接形式，一般不加填充金属，仅在焊接 异种金属或合金，又确有必要时才使用填充金属。要求结合面经机械加工，表面 粗糙度一般为1.525 m。宽焊缝比窄焊缝对结合面要求可放宽，搭接接头也 不必过严。焊前必须对焊件表面进行严格清理，否则易
3、产生焊缝缺陷，力学性能 变坏，还影响抽气时间。清理完毕后不能再用手或工具触及接头区，以免污染。5、接头装配(1) 电子束焊接头要紧密结合，不留间隙，尽量使结合面平行，以便窄小的 电子束能均匀融化接头两边的母材。装配公差取决于焊件厚度、接头形状和焊接 工艺要求，装配间隙宜小不宜大。焊薄工件时装配间隙要小于0.13mm，随着焊 件厚度的增加，可用稍大一些的间隙。(2) 夹紧：电子束焊是机械或自动化操作的，如果零件不是设计成自紧式的， 必须用夹具进行定位与夹紧，然后移动电子枪体或工作台完成焊接。为了避免电 子束发生磁偏转，要使用无磁性的金属制造所有的夹具和工具。(3) 退磁:所有磁性的金属材料在电子
4、束焊之前都必须退磁。剩磁可能因磁粉 探伤、电磁卡盘或电化加工等造成，即使剩磁不大，也足以引起电子束的偏转。 焊件退磁后可放在工频感应磁场中，靠慢慢移出进行退磁，也可用磁粉探伤设备 进行退磁。6、抽真空电子束焊机的抽真空程序通常自动进行，可以保证真空机组和阀门正确地按 顺序进行，避免由于人为的误操作而发生事故。真空室需经常清洗，尽量减少真 空室暴露在大气中的时间，仔细清除被焊工件上的油污，并按期更换真空泵油， 保持真空室的清洁和干燥。7、焊前预热 对需要预热的工件，根据一定的形状、尺寸及所需要的预热温度，选择适宜 的加热方法，如气枪焊、加热炉、感应加热等，在工件装入真空室前进行预热。三、焊接设备
5、与工具选用电子束焊设备时，应综合考虑被焊材料、板厚、形状、产品批量等因素。 一般来说，焊接化学性能活泼的金属(如w、Ta、Mo、Nb、Ti)及其合金应选用 高真空焊机；焊接易蒸发的金属及其合金应选用低真空焊机；厚大焊件应选用高 压型焊机，中等厚度工件选用中压焊机；成批量生产时应选用专用焊机，品种多、 批量小或单件生产选用通用型焊机。所以选用 EZ-60/100 型号电子束焊机,制造 商是桂林师达，特性是焊接时不需要填充焊丝或其他材料；超精密焊接，焊接深 度可在0.05100mm范围内精确控制；焊缝深宽比大，中压焊机可达25:1以上, 高压焊机可达到60:1以上；热影响区小，使焊后工件变形小；可
6、进行数控精密 焊接，能焊接复杂几何形状；焊后不需要进行焊缝表面处理和加工，大大减少机 加工工作量； 焊接速度快，效率高，特别适合大批量生产；可焊接各种金属， 包括不同种金属和难熔金属；由于焊接是在真空中进行，还可采用扫描搅拌焊接， 因而有利于焊接过程中气体杂质的排出，且焊缝表面光亮美观、无氧化现象。电 子束焊机结构原理如图1所示。0MK如图 1 电子束焊机结构原理真空电子束焊机主要由电子枪、工作室（也称真空室）、电源及电气控制系统 真空系统、工作台以及辅助装置等部分组成。电子束焊机的关键部件是电子枪 为了减少电子在射入工件前与其他气体分子碰撞而引起能量损失和电子束发散 电子枪与焊接室都必须在一
7、定的真空状态下工作。四、焊接确定1、焊接接头设计:对接接头（如图 2所示）m如图 2 电子束焊接的对接接头2、从电子枪中产生的电子束在 25300kv 的加速电压下加速到 0.30.7 倍的 光速，经过电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，形成的功率密度很高的电子束 流得到一个很小的焦点。当电子束流撞击置于真空或非真空的工件表面时，电子的动能迅速转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发，实现焊接过程。3、不开坡口，无需填充金属。4、Q345 电子束焊的焊接参数见表 2 所示。电子束焊接焊缝形成的原理如图3 所 示。表 2 Q345 电子束焊的焊接参数材质板厚/mm加速电压/kV电子束电流/mA焊接速度/
8、(cm.min-1)Q34512508030a电子東坊老而接泄虹熔化蒸弋询和熔化区通过毙学:件结晶斤那成焊耀悍捷谢的对撰城11如图 3 电子束焊接焊缝形成的原理五、焊接工艺参数确定电子束焊的工艺参数主要包括加速电压、电子束电流、聚焦电流、焊接速度 和工作距离等。电子束焊的工艺参数主要由板厚来决定。板厚越大，所要求的热 量输入越高。为了防止裂纹、气孔和保证质量，对焊接工艺参数要严格控制。1、加速电压在相同的功率、不同的加速电压下，所得焊缝深度和形状是不同的。焊 缝断面深宽比与加速电压成正比例。当焊接大厚度件并要求得到窄而平的焊 缝或电子枪与焊件的距离较大时可提高加速电压。查表可得本次焊接需要的
9、加速电压为 4555kV。2、电子束电流由电子枪阴极发射流向阳极的电子束电流（也称束流）与加速电压一起 决定着电子束的功率。电子束的功率是指电子束单位时间内放出的能量，用 加速电压与电子束电流的乘积表示。增加电子束电流，熔深和熔宽都会增加。 在电子束焊中，由于加速电压基本不变，所以为满足不同的焊接工艺要求， 常常要调整电子束电流来满足不同的焊接工艺需要。增加电子束流，熔深和 熔宽都会增加。查表可得本次焊接需要的电子束电流为 7585mA。3、焊接速度焊接速度和电子束功率一起决定着焊缝的熔深、宽度以及被焊材料熔池 行为（冷却、凝固及焊缝融合线形状）。增加焊接速度会使焊缝变窄，熔深 减小。查表可得
10、本次焊接的焊接速度为 2833cm/min。4、聚焦电流电子束聚焦状态对熔深及焊缝成形影响很大。焦点变小可使焊缝变窄，熔深增加。厚板焊接时，应使焦点位于工件表面以下 0.50.75mm 的熔深处； 薄板焊接时，应使焦点位于工件表面。根据被焊材料的焊接速度、接头间隙 等决定聚焦位置，进而确定电子束斑点大小。5、工作距离焊件表面至电子枪的工作距离影响到电子束的聚焦程度，工作距离应在设备 最佳范围内。工作距离变小时，电子束的压缩比增大，使电子束斑点直径变小， 增加了电子束功率密度。但工作距离太小会使过多的金属蒸汽进入枪体造成放 电。在不影响到电子枪稳定工作的前提下，可以采用尽可能短的工作距离。对于
11、确定的电子束焊接设备，加速电压一般固定不变，必须时也只做较小的调整。焊 接电流和焊接速度是主要调整的工艺参数。热输入与电子束焊接功率成正比，与 焊接速度成反比。利用焊接热输入与焊接厚度的对应关系，初步选定焊接工艺参 数，经实验修正后方可作为实际使用的焊接工艺参数。此外，还应考虑焊缝横断 面、焊缝外形及防止产生焊缝缺陷等因素，综合选择和实验确定焊接工艺参数。六、操作要点及安全注意事项在操作电子束焊机时要防止高压电击、X射线、可见光辐射以及烟气等对身 体的危害。1、防止高压点击的措施：无论是低压型或高压型的电子束焊机，在运行时都 带有足以致命的高电压。因此，焊机中一切带有高电压的系统，都必须采取有
12、效 的安全防护措施。电子束焊接设备应装置专用地线；设备外壳应用粗铜线接地。 在更换阴极组件和维修时，应切断高压电源，并用放电棒接触准备更换的零件， 以防电击。高压电源和电子枪应保证有足够的绝缘和良好的接地，绝缘试验电压 应为额定电压的 1.5 倍。2、电子束焊接时会产生有害的金属蒸气、烟雾、臭氧及氧化氮等。应采用抽 气装置将真空室排出的抽气、烟尘等及时排出，以保证真空室内和工作场所的有 害气体。含量降低到安全水准以下，使设备周围应易于通风。3、直接观察熔化金属发射的可见光对视力和皮肤有害，因此焊接过程中不允 许用肉眼直接观察熔池，必要时应配戴防护眼镜。4、焊接时大量的X射线是由高速运动的电子束
13、与焊件撞击所产生，在枪体 和工作室内电子束与气体分子或金属蒸气相撞时，也会产生相当数量的X射线。 电子束焊焊接时，大约不超过 1%的电子束能量将转变为 X 射线辐射。我国规定 对无监护的工作人员允许的X射线剂量不应大于0.25mR/h,对于60kV以下电子 束焊机的真空室采用足够厚度的钢板就能起防护X射线的作用，加速电压为60kV 以上的焊机应附加铅板进行防护。无论是高压或是低压电子束系统都使用铅玻璃 窗口。焊机则安装在用高密度混凝土建造的X射线屏蔽室内。获得深熔焊的工艺方法5、电子束焊的最大优点是具有深熔透效应。为了保证获得深熔透效果，除 了选择合适的电子束焊工艺参数外，还可以采取如下的一些
14、工艺措施。（1）电子束水平入射焊当焊接熔深超过 100mm 时，可以采用电子束水平入射焊，从侧向进行焊接。（2）脉冲电子束焊 在同样的功率下，采用脉冲电子束焊可有效地增加熔深。（3）变焦电子束焊 极高的功率密度是获得深熔焊的基本条件。电子束功率密度最高的区域在其 焦点上。焊接大厚度焊件时，可使焦点位置随着焊件的溶化速度变化而改变，始 终以最大功率密度的电子束轰击待焊金属。（4）焊前预热或预置坡口 焊前预热被焊件，可减少焊接时热量沿焊缝横向的热传导损失，有利于增加 熔深。高强度钢焊前预热还可以减少裂纹倾向。在深熔焊时，往往有一定量的金 属堆积在焊缝表面，如果预开坡口，这些金属会填充坡口，相当于增
15、加了熔深。七、探伤检测根据 GB/T33232005 标准中规定，由缺陷性质、数量和大小将焊接接头 质量分为四等级，即I、II、III、W，质量依次降低。I级焊接接头：不允许存在任何裂纹、未熔合、未焊透以及条形缺陷，允许 一定数量和一定尺寸的圆形缺陷存在。II级焊接接头：不允许存在任何裂纹、未熔合及未焊透，允许一定数量和一 定尺寸的条形缺陷和圆形缺陷存在。III级焊接接头：不允许存在任何裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊 中的未焊透，允许一定数量、一定尺寸的条形缺陷和圆形缺陷及为=未焊透（指 非氩弧焊封底的不加垫板的单面焊）存在。W级焊接接头：焊接接头中缺陷超过III级者。八、参考文献1、雷世明主编焊接方法及设备北京：机械工业出版社， 20022、唐迎春主编. 焊接质量检测技术. 北京：中国人民大学出版社， 20123、李志远主编. 先进连接方法. 北京：机械工业出版社， 20004、李亚江主编.特种焊接技术及应用.北京化学工业出版社， 2008
